變壓吸附法

變壓吸附法 (PSA)

吸附分離是利用吸附劑只對(duì)特定氣體吸附和解析能力上的差異進(jìn)行分離的。為了促進(jìn)這個(gè)過程的進(jìn)行，常用的有加壓法和真空法等。分子篩變壓吸附分離空氣制取氧的機(jī)理，一是利用分子篩對(duì)氮的吸附親和能力大于對(duì)氧的吸附親和能力以分離氧，氮；二是利用氧在碳分子篩微孔系統(tǒng)狹窄空隙中的擴(kuò)散速度大于氮的擴(kuò)散速度，使在遠(yuǎn)離平衡的條件下可分離氧氮。

變壓吸附法制氧，氮在常溫下進(jìn)行，其工藝有加壓吸附/常壓解析或常壓吸附/真空解析兩種，通常選用沸石分子篩制氧，碳分子篩制氮。1991年，日本三菱重工制成世界上最大的PSA制氧設(shè)備，其氧產(chǎn)量可達(dá)8650m3/h，我國的PSA制氧設(shè)備已初步系列化，產(chǎn)量最高可達(dá)2600m3/h，氧純度≥90%，德國林德公司20世紀(jì)80年代以來的單位氧產(chǎn)品能耗最低可達(dá)0.42kw.h/m3 O2。

用碳分子篩制氮主要是基于氧和氮在碳分子篩中的擴(kuò)散速率不同，在0.7-1.0Mpa壓力下,即氧在碳分子篩表面的擴(kuò)散速度大于氮的擴(kuò)散速度，使碳分子篩優(yōu)先吸附氧，而氮大部分富集于不吸附相中。碳分子篩本身具有加壓時(shí)對(duì)氧的吸附容量增加，減壓時(shí)對(duì)氧的吸附量減少的特性。利用這種特性采用變壓吸附法進(jìn)行氧、氮分離。從而得到99.99%的氮?dú)狻?

水蒸氣轉(zhuǎn)化法制氫工藝中，采用變壓吸附對(duì)粗氫氣進(jìn)行提純的流程。

1960年Skarstrom提出PSA專利，他以5A沸石分子篩為吸附劑，用一個(gè)兩床PSA裝置，從空氣中分離出富氧，該過程經(jīng)過改進(jìn)，于60年代投入了工業(yè)生產(chǎn)。80年代，變壓吸附技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用取得了突破性的進(jìn)展，主要應(yīng)用在氧氮分離、空氣干燥與凈化以及氫氣凈化等。其中，氧氮分離的技術(shù)進(jìn)展是把新型吸附劑碳分子篩與變壓吸附結(jié)合起來，將空氣中的O2和N2加以分離，從而獲得氮?dú)狻?

隨著分子篩性能改進(jìn)和質(zhì)量提高，以及變壓吸附工藝的不斷改進(jìn)，使產(chǎn)品純度和回收率不斷提高，這又促使變壓吸附在經(jīng)濟(jì)上立足和工業(yè)化的實(shí)現(xiàn)。